避雷設備の基礎知識と計算方法【3分でわかる設備の計画】

3分でわかる設備の計画では、建築設備に関する計画について、3分で理解できる簡単な解説を行います。

雷による被害は、建物や電気設備だけでなく、人命にも及ぶ深刻なものです。

特に近年は気象の激甚化により、都市部や高層建築における雷対策の重要性が高まっています。

この記事では、避雷設備の基礎から計算方法、実際の例題までを丁寧に解説し、安全な建築設計・設備設計に役立つ情報をお届けします。

電気設備に関する、より詳細な解説はおすすめの設備書籍をご参照ください。

避雷設備とは？

避雷設備とは、建物に雷が落ちた際、その電流を安全に地面へ流すための設備です。

雷による火災や感電、機器の損傷などを防ぐ目的で設置されます。

法的には「建築基準法施行令 第126条の5」に基づき、高さ20mを超える建築物などに設置が義務づけられています。

避雷設備の種類と設計手法

避雷設備は大きく以下の3つの設計手法と、3つの構成要素によって成り立ちます。

保護範囲の設計手法

避雷設備がどの範囲まで保護するかを評価するために、以下の3つの方法が用いられます

保護角法（Angle Method）

• 避雷針から一定角度（一般に60°）で広がる円錐形の範囲内を保護対象とする。
• 高さ20m以下の一般建築物に最もよく用いられる手法。

回転球体法（Rolling Sphere Method）

• 半径20～60m程度の仮想球を建物に転がし、雷撃が到達しうる箇所を特定。
• 国際規格IEC 62305に準拠。高層建築や重要施設向け。

メッシュ法（Mesh Method）

• 半径20～60m程度の仮想球を建物に転がし、雷撃が到達しうる箇所を特定。
• 国際規格IEC 62305に準拠。高層建築や重要施設向け。

主な構成要素

• 受雷部（雷を受ける部分）
  • 突針（避雷針）式：金属製の棒を建物上部に設置
  • 架空地線式：建物上空にワイヤを張って広範囲を保護
  • メッシュ式：屋上に金属メッシュを設置し全体を覆う

• 引下げ導線（雷電流を地面に導く）
  • 建物の外壁などに沿って垂直に敷設される導体

• 接地極（地面に電流を逃がす）
  • 地中に埋められた銅板やアース棒など

避雷設備の計算方法（保護角法）

今回はポピュラーな「保護角法」による計算を紹介します。

保護範囲の半径（r）の計算式

r ≒ h × tanθ

計算式の凡例

r：保護される水平距離（m）
h：避雷針の高さ（m）
Q：風量[m3/h]
θ：保護角（一般に60度）

避雷設備の計算例問題とその解答

問題
屋上の中心に避雷針を設置する際に、屋上の中心から端までの距離が10mある場合、保護角60°を適用するには避雷針の高さhは最低どれくらい必要か？

解答
r ≒ h × 1.732
10 ≦ h × 1.732
h ≧ 10 / 1.732 ≒ 5.77
避雷針の高さは 5.8m以上 が必要

まとめ

避雷設備は、建物の安全を確保する上で欠かせない要素です。

• 設計には「保護角法」「回転球体法」「メッシュ法」の3手法がある
• 構成要素は「受雷部」「引下げ導線」「接地極」
• 高さ20m以下の一般建築物には保護角法がよく用いられる
• 避雷針の高さを逆算して、建物全体が保護範囲に入るよう設計する

雷害リスクを減らし、安全な建築物を設計・運用するために、適切な避雷設備の導入は極めて重要です。

本記事は簡単に計画方法をまとめております。

より詳細に算出することも可能です。

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以上、避雷設備の基礎知識と計算方法【3分でわかる設備の計画】でした。